工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 中国钢铁行业超低排放之路 邢奕张文伯苏伟温维赵秀娟于敬校 Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China XING Yi,ZHANG Wen-bo,SU Wei,WEN Wei,ZHAO Xiu-juan,YU Jing-xiao 引用本文： 邢奕，张文伯，苏伟，温维，赵秀娟，于敬校.中国钢铁行业超低排放之路[J.工程科学学报，2021,43(1：1-9.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.06.18.003 XING Yi,ZHANG Wen-bo,SU Wei,WEN Wei,ZHAO Xiu-juan,YU Jing-xiao.Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(1):1-9.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2020.06.18.003 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.06.18.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钢铁行业烧结烟气多污染物协同净化技术研究进展 A critical review on the research progress of multi-pollutant collaborative control technologies of sintering flue gas in the iron and steel industry 工程科学学报.2018.40(7)：767htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.07.001 磁场形式及参数对单纤维捕集钢铁行业粉尘中PM2性能影响 Performance of single fiber collection PM2s under different magnetic field forms in the iron and steel industry 工程科学学报.2020,42(2：154 https::/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.02.24.004 SBA-15脱除超细颗粒的机制研究 Study of the mechanism of removing ultrafine particles using SBA-15 工程科学学报.2020,42(3：313 https:oi.org10.13374.issn2095-9389.2019.04.01.004 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 Overview of advances in emission control technologies for nitric oxides from biomass boilers 工程科学学报.2019.41(1：1htps:/doi.org10.13374j.issn2095-9389.2019.01.001 硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿研究进展 Review of research progress on preparation of high-quality iron concentrate from pyrite cinder by desulphurization 工程科学学报.2018,40(1：1 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.01.001 影响烧结工艺过程NO排放质量浓度的主要因素解析 Analysis of main factors affecting NO emissions in sintering process 工程科学学报.2017,395)：693htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.007
中国钢铁行业超低排放之路 邢奕 张文伯 苏伟 温维 赵秀娟 于敬校 Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China XING Yi, ZHANG Wen-bo, SU Wei, WEN Wei, ZHAO Xiu-juan, YU Jing-xiao 引用本文: 邢奕, 张文伯, 苏伟, 温维, 赵秀娟, 于敬校. 中国钢铁行业超低排放之路[J]. 工程科学学报, 2021, 43(1): 1-9. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.18.003 XING Yi, ZHANG Wen-bo, SU Wei, WEN Wei, ZHAO Xiu-juan, YU Jing-xiao. Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(1): 1-9. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2020.06.18.003 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.18.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 钢铁行业烧结烟气多污染物协同净化技术研究进展 A critical review on the research progress of multi-pollutant collaborative control technologies of sintering flue gas in the iron and steel industry 工程科学学报. 2018, 40(7): 767 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.001 磁场形式及参数对单纤维捕集钢铁行业粉尘中PM2.5性能影响 Performance of single fiber collection PM2.5 under different magnetic field forms in the iron and steel industry 工程科学学报. 2020, 42(2): 154 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.24.004 SBA-15脱除超细颗粒的机制研究 Study of the mechanism of removing ultrafine particles using SBA-15 工程科学学报. 2020, 42(3): 313 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.01.004 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 Overview of advances in emission control technologies for nitric oxides from biomass boilers 工程科学学报. 2019, 41(1): 1 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.001 硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿研究进展 Review of research progress on preparation of high-quality iron concentrate from pyrite cinder by desulphurization 工程科学学报. 2018, 40(1): 1 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.001 影响烧结工艺过程NOx排放质量浓度的主要因素解析 Analysis of main factors affecting NOx emissions in sintering process 工程科学学报. 2017, 39(5): 693 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.007
工程科学学报.第43卷，第1期：1-9.2021年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.1:1-9,January 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.18.003;http://cje.ustb.edu.cn 中国钢铁行业超低排放之路 邢奕)，张文伯)，苏伟)区，温维)，赵秀娟，于敬校) 1)北京科技大学能源与环境工程学院，北京1000832)河北工业职业技术学院材料工程系，河北0500913)河钢邯钢环保能源部.河北 056000 ☒通信作者，E-mail:suwei@ustb.edu.cn 摘要随着中国钢铁行业超低排放的不断深入，钢铁行业的深度治理迫在眉睫.在对几种传统的多污染物控制技术进行综 述的基础上，对“基于镁法的多污染物协同去除技术”、“烟气多污染物集并吸附脱除技术”、“多污染物中低温协同催化净化 技术”以及“烧结烟气循环技术”四种新型钢铁行业超低排放技术进行了总结，同时阐述了钢铁行业超低排放的必要性、难点 以及推动超低排放的合理化建议，并对下一步深化钢铁行业超低排放进行展望（源头治理）.有利于推动和促进钢铁行业多 工序多污染物协同控制和治理. 关键词钢铁行业：超低排放；协同治理；脱硫：脱硝 分类号X511 Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China XING Yi,ZHANG Wen-bo,SU Wei,WEN Wei,ZHAO Xiu-juan,YU Jing-xiao 1)School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Material Engineering Department,Hebei College of Industry and Technology,Hebei050091,China 3)Ministry of Environmental Protection and Energy,HBIS Handan Iron and Steel Company,Hebei056000,China Corresponding author,E-mail:suwei@ustb.edu.cn ABSTRACT In today's world,the overall output of China's steel industry accounts for more than 50%of the world's steel output; however,China's steel industry is dominated by lengthy processes featuring multiple steps,high energy consumption,wide variety of pollutants,and large amounts of pollutants.The steel industry is a pillar of China's national economy,and it involves a wide range of related industries,thus,it plays a pivotal role in the development of the national economy.With the continuous strengthening of air pollution control,especially since the implementation of ultra-low emissions in the thermal power industry,the main pollutant emissions of the iron and steel industry have exceeded that of the power industry.Thus,becoming the largest source of industrial pollutants. Unfortunately,the emission of huge amounts of pollutants greatly restricts the pace of economic and social progress.Since the 13th Five- Year Plan,a series of powerful measures have been introduced at the central to the local levels to promote ultra-low emissions throughout the steel industry.With the deepening of ultra-low emissions in China's iron and steel industry,in-depth governance of the iron and steel industry is imminent.This article summarized several traditional multi-pollutant control technologies and discussed "multi-pollutant synergistic removal technology based on the magnesium method".Four new types of ultra-low emission technologies in the iron and steel industry were summarized:"multi-pollutant collection and adsorption removal technology for flue gas","multi- 收稿日期：2020-06-18 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2017YFC0210300):国家自然科学基金资助项目(51770438)：国家自然科学基金青年科学基金资 助项目(21707007)：北京科技计划项目资助项目(Z191100009119008):北京市科技新星计划资助项目(Z171100001117084):国家移动污染 源排放控制技术工程实验室开放资金资助项目(NELM2017A14):固废资源化利用与节能建材国家重点实验室开放基金资助项目(SWR- 2019-002)
中国钢铁行业超低排放之路 邢 奕1)，张文伯1)，苏 伟1) 苣，温 维1)，赵秀娟2)，于敬校3) 1) 北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083 2) 河北工业职业技术学院材料工程系，河北 050091 3) 河钢邯钢环保能源部，河北 056000 苣通信作者，E-mail：suwei@ustb.edu.cn 摘 要 随着中国钢铁行业超低排放的不断深入，钢铁行业的深度治理迫在眉睫. 在对几种传统的多污染物控制技术进行综 述的基础上，对“基于镁法的多污染物协同去除技术”、“烟气多污染物集并吸附脱除技术”、“多污染物中低温协同催化净化 技术”以及“烧结烟气循环技术”四种新型钢铁行业超低排放技术进行了总结，同时阐述了钢铁行业超低排放的必要性、难点 以及推动超低排放的合理化建议，并对下一步深化钢铁行业超低排放进行展望（源头治理）. 有利于推动和促进钢铁行业多 工序多污染物协同控制和治理. 关键词 钢铁行业；超低排放；协同治理；脱硫；脱硝 分类号 X511 Research of ultra-low emission technologies of the iron and steel industry in China XING Yi1) ，ZHANG Wen-bo1) ，SU Wei1) 苣 ，WEN Wei1) ，ZHAO Xiu-juan2) ，YU Jing-xiao3) 1) School of Energy and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Material Engineering Department, Hebei College of Industry and Technology, Hebei 050091, China 3) Ministry of Environmental Protection and Energy, HBIS Handan Iron and Steel Company, Hebei 056000, China 苣 Corresponding author, E-mail: suwei@ustb.edu.cn ABSTRACT In today ’s world, the overall output of China ’s steel industry accounts for more than 50% of the world ’s steel output; however, China ’s steel industry is dominated by lengthy processes featuring multiple steps, high energy consumption, wide variety of pollutants, and large amounts of pollutants. The steel industry is a pillar of China’s national economy, and it involves a wide range of related industries; thus, it plays a pivotal role in the development of the national economy. With the continuous strengthening of air pollution control, especially since the implementation of ultra-low emissions in the thermal power industry, the main pollutant emissions of the iron and steel industry have exceeded that of the power industry. Thus, becoming the largest source of industrial pollutants. Unfortunately, the emission of huge amounts of pollutants greatly restricts the pace of economic and social progress. Since the 13th FiveYear Plan, a series of powerful measures have been introduced at the central to the local levels to promote ultra-low emissions throughout the steel industry. With the deepening of ultra-low emissions in China’s iron and steel industry, in-depth governance of the iron and steel industry is imminent. This article summarized several traditional multi-pollutant control technologies and discussed “multi-pollutant synergistic removal technology based on the magnesium method”. Four new types of ultra-low emission technologies in the iron and steel industry were summarized: “multi-pollutant collection and adsorption removal technology for flue gas”, “multi- 收稿日期: 2020−06−18 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2017YFC0210300）；国家自然科学基金资助项目（51770438）；国家自然科学基金青年科学基金资 助项目（21707007）；北京科技计划项目资助项目（Z191100009119008）；北京市科技新星计划资助项目（Z171100001117084）；国家移动污染 源排放控制技术工程实验室开放资金资助项目（NELM2017A14）；固废资源化利用与节能建材国家重点实验室开放基金资助项目（SWR- 2019-002） 工程科学学报，第 43 卷，第 1 期：1−9，2021 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 1: 1−9, January 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.18.003; http://cje.ustb.edu.cn
2 工程科学学报，第43卷，第1期 pollutant mid-low temperature synergistic catalytic purification technology",and "sintering flue gas circulation technology".The necessity and difficulties of ultra-low emissions in the industry,the rationalization of recommendations for promoting ultra-low emissions,and the prospects for the next step in deepening ultra-low emissions in the steel industry (source governance)were discussed. It is beneficial to promote the coordinated control and treatment of multiple processes and multiple pollutants in the steel industry. KEY WORDS iron and steel industry;ultra-low emissions;coordinated management;desulfurization;denitration 钢铁行业是我国国民经济的支柱型产业，其 党的十九大以来，我国钢铁产业从数量时期 关联产业范围广，在国民经济发展中具有举足轻 向高质量时期迈进，我国钢铁产能严重过剩问题 重的地位.我国也是世界上最大的钢铁生产国， 得到明显的缓解，但由于钢铁行业总产量巨大，行 2018年粗钢产量928亿吨，占世界粗钢总产量的 业总排放量依然居高不下，环保不过关的产能仍 51.3%.钢铁行业生产90%以上为长工艺流程，包 然为数不少.部分钢铁企业环境保护理念导向存 括焦化、烧结（球团）、炼铁、炼钢等工艺在内，产 在偏差，企业环保管理存在严重缺陷，进行低质低 污环节多，污染物排放量大.尽管近年来，钢铁行 价治理技术设施改造，这部分企业环保投入和运 业已经开始进行改革，各企业实施了一系列的节 行成本不到先进钢铁企业的一半，不利于建设公 能减排改造项目，但其排放总量仍然居高不下 平竞争的市场环境，“劣币驱逐良币”问题将对整 2017年我国钢铁行业SO2、NO,以及粉尘的排放总 个行业高质量发展带来不利影响.超低排放限制 量为106万吨、172万吨以及281万吨，分别占全 的实施可以进一步营造公平竞争环境，有利于我 国主要污染物排放总量的7%、10%和20%左右川 国钢铁行业的整体进步) 随着大气污染治理力度不断加强，特别是火电行 我国钢铁行业以长流程为主，但部分长流程 业实施超低排放以来，钢铁行业主要污染物排放 工艺结构不够完备，独立焦化数量较多，我国拥有 量已超过电力行业，成为工业污染中最大的污染 的独立焦化的焦炉数量占比接近80%，另外，独 物排放来源 立轧钢企业也达到了数百家，这些独立焦化和轧 “十三五”以来，从中央到地方出台了一系列有 钢企业不利于整个钢铁行业的发展以及产能整 力举措，推动钢铁行业全流程超低排放.生态环境 合.通过全面实施超低排放，将会倒逼钢铁行业强 部2018年5月发布的《钢铁行业超低排放改造工 化绿色发展，通过营造市场化环保调节机制，倒逼 作方案（征求意见稿）》，要求新建（含搬迁）钢铁项 钢铁行业资源结构、产业结构、运输结构、区域布 目要全部达到超低排放水平：其排放限值远低于 局结构等向更高质量的方向调整 2012年环保部发布的《钢铁烧结、球团工业大气 2难点 污染物排放标准》等特别排放限值标准四.2019年 4月生态环境部等五部委日前联合印发《关于推进 2.1全流程超低排放技术有待升级 实施钢铁行业超低排放的意见》，到2020年底前， 钢铁行业涉及多个工序的组合，但缺乏成熟 重点区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展， 的技术路线，这样会带来许多新的挑战.以烧结为 力争60%左右的钢铁产能企业完成超低排放改 例，烧结烟气脱硫主要以湿法和半干法为主，虽然 造：到2025年底前，重点区域钢铁企业基本完成 这些技术经过长时间证明在烧结脱硫污染物减排 环保改造，力争80%以上比例的钢铁产能企业达 中有不错的效果，但在其他工序（如焦炉烟气）的 到超低排放要求.超低排放是钢铁行业打赢污染 减排中由于工况条件的不同，并不能稳定达到超 防治攻坚战的关键，钢铁行业超低排放的实施将 低排放要求.而现在行业中效果最好的脱硝技术 会显著改善空气质量 SCR(选择性催化还原)技术，虽然可以达到超低排 放要求，但该技术产生的问题，如氨逃逸的控制问 1实施钢铁行业超低排放的必要性 题也将是未来环保领域面临的难题.另外，大部分 随着我国供给侧改革的推进，我国钢铁行业战 企业现有的环保设备在升级改造过程中，部分环 略重点将由减少产能转向产业结构优化升级，为满 保设备由于无法通过升级改造达标，甚至面临着 足日益严格的环境污染物排放标准要求，打赢污染 环保设备的淘汰，这也大大增加了企业的环保成 防治攻坚战，钢铁行业超低排放的实施尤为重要 本，从另一个角度限制了超低排放的实施阿
pollutant mid-low temperature synergistic catalytic purification technology” , and “ sintering flue gas circulation technology” . The necessity and difficulties of ultra-low emissions in the industry, the rationalization of recommendations for promoting ultra-low emissions, and the prospects for the next step in deepening ultra-low emissions in the steel industry (source governance) were discussed. It is beneficial to promote the coordinated control and treatment of multiple processes and multiple pollutants in the steel industry. KEY WORDS iron and steel industry；ultra-low emissions；coordinated management；desulfurization；denitration 钢铁行业是我国国民经济的支柱型产业，其 关联产业范围广，在国民经济发展中具有举足轻 重的地位. 我国也是世界上最大的钢铁生产国， 2018 年粗钢产量 9.28 亿吨，占世界粗钢总产量的 51.3%. 钢铁行业生产 90% 以上为长工艺流程，包 括焦化、烧结（球团）、炼铁、炼钢等工艺在内，产 污环节多，污染物排放量大. 尽管近年来，钢铁行 业已经开始进行改革，各企业实施了一系列的节 能减排改造项目，但其排放总量仍然居高不下. 2017 年我国钢铁行业 SO2、NOx 以及粉尘的排放总 量为 106 万吨、172 万吨以及 281 万吨，分别占全 国主要污染物排放总量的 7%、10% 和 20% 左右[1] . 随着大气污染治理力度不断加强，特别是火电行 业实施超低排放以来，钢铁行业主要污染物排放 量已超过电力行业，成为工业污染中最大的污染 物排放来源. “十三五”以来，从中央到地方出台了一系列有 力举措，推动钢铁行业全流程超低排放. 生态环境 部 2018 年 5 月发布的《钢铁行业超低排放改造工 作方案（征求意见稿）》，要求新建（含搬迁）钢铁项 目要全部达到超低排放水平；其排放限值远低于 2012 年环保部发布的《钢铁烧结、球团工业大气 污染物排放标准》等特别排放限值标准[2] . 2019 年 4 月生态环境部等五部委日前联合印发《关于推进 实施钢铁行业超低排放的意见》，到 2020 年底前， 重点区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展， 力争 60% 左右的钢铁产能企业完成超低排放改 造 ；到 2025 年底前，重点区域钢铁企业基本完成 环保改造，力争 80% 以上比例的钢铁产能企业达 到超低排放要求. 超低排放是钢铁行业打赢污染 防治攻坚战的关键，钢铁行业超低排放的实施将 会显著改善空气质量. 1 实施钢铁行业超低排放的必要性 随着我国供给侧改革的推进，我国钢铁行业战 略重点将由减少产能转向产业结构优化升级，为满 足日益严格的环境污染物排放标准要求，打赢污染 防治攻坚战，钢铁行业超低排放的实施尤为重要. 党的十九大以来，我国钢铁产业从数量时期 向高质量时期迈进，我国钢铁产能严重过剩问题 得到明显的缓解，但由于钢铁行业总产量巨大，行 业总排放量依然居高不下，环保不过关的产能仍 然为数不少. 部分钢铁企业环境保护理念导向存 在偏差，企业环保管理存在严重缺陷，进行低质低 价治理技术设施改造，这部分企业环保投入和运 行成本不到先进钢铁企业的一半，不利于建设公 平竞争的市场环境，“劣币驱逐良币”问题将对整 个行业高质量发展带来不利影响. 超低排放限制 的实施可以进一步营造公平竞争环境，有利于我 国钢铁行业的整体进步[3] . 我国钢铁行业以长流程为主，但部分长流程 工艺结构不够完备，独立焦化数量较多，我国拥有 的独立焦化的焦炉数量占比接近 80% [4] ，另外，独 立轧钢企业也达到了数百家，这些独立焦化和轧 钢企业不利于整个钢铁行业的发展以及产能整 合. 通过全面实施超低排放，将会倒逼钢铁行业强 化绿色发展，通过营造市场化环保调节机制，倒逼 钢铁行业资源结构、产业结构、运输结构、区域布 局结构等向更高质量的方向调整. 2 难点 2.1 全流程超低排放技术有待升级 钢铁行业涉及多个工序的组合，但缺乏成熟 的技术路线，这样会带来许多新的挑战. 以烧结为 例，烧结烟气脱硫主要以湿法和半干法为主，虽然 这些技术经过长时间证明在烧结脱硫污染物减排 中有不错的效果，但在其他工序（如焦炉烟气）的 减排中由于工况条件的不同，并不能稳定达到超 低排放要求. 而现在行业中效果最好的脱硝技术 SCR（选择性催化还原）技术，虽然可以达到超低排 放要求，但该技术产生的问题，如氨逃逸的控制问 题也将是未来环保领域面临的难题. 另外，大部分 企业现有的环保设备在升级改造过程中，部分环 保设备由于无法通过升级改造达标，甚至面临着 环保设备的淘汰，这也大大增加了企业的环保成 本，从另一个角度限制了超低排放的实施[5] . · 2 · 工程科学学报，第 43 卷，第 1 期
邢奕等：中国钢铁行业超低排放之路 3 2.2无组织排放难以管控 化吸收同时脱硫脱硝技术的一种，氧化吸收同时 无组织排放管控在钢铁行业超低排放中占有 脱硫脱硝技术，就是先将烟气中难溶于水的NO氧 很高的比重，无组织排放污染物具有数量大，分布 化为易溶于水的高价氨氧化物，在经过强碱对$O2 广等特点，且不具有连续性，与有组织排放相比， 及NO,同步吸收脱除，达到同时脱硫脱硝的目的. 更难被发现及治理.典型的无组织排放节点包括 臭氧氧化协同脱硫脱硝技术基本原理是：首 料场扬尘、冶炼车间扬尘、物料车辆运输扬尘、物 先通过臭氧发生器制备O3作为强氧化剂，然后将 料装卸扬尘等，以年产量500万吨的钢铁企业为 其喷入脱硫塔前段烟道，利用其强氧化性将NO氧 例，一年的粉尘无组织排放量约为5000t阿，远远大 化为高价的NOx,最后NO,与SO2在脱硫塔内被 于有组织排放的粉尘排放量，同时，与旧的标准相 吸收转化为硫酸盐和硝酸盐该技术特点为： 比，超低排放标准对无组织排放管控有了新的定 O3与NO的反应迅速，瞬间就能将NO氧化成 义，对于新建企业来说，可以根据超低排放要求对 NO2;O3与烟气的均匀混合可以提高NO脱除率； 相应无组织排放点位进行同步配套，而大部分钢 脱硫塔温度升高会导致NO脱除率的降低；脱硫效 铁企业为旧厂的环保改造工程，在正常生产的情 率高且不会产生二次污染o:副产物主要由CaSO4、 况下进行技术改造的难度较大. CaSO,、Ca(NO,2和CaNO2h组成，可作水泥企业 2.3清洁运输环节基础薄弱 生产原料使用，具有一定经济效益山 随着钢铁行业超低排放的不断深入，在有组 3.1.1基于镁法的多污染物协同去除技术 织排放、无组织排放等方面实施效果十分显著，但 “基于镁法的多污染物协同去除技术”作为一 在清洁运输方面，我国钢铁行业仍存在许多不足 种“湿式氧化吸收同时脱硫脱硝技术”，其优势在 之处.据统计，2019年钢铁行业外部运输中，公路 于可以通过臭氧氧化对二氧化硫和一氧化碳进行 运输占比50%以上☑根据超低排放要求，钢铁企 同时脱除，其中脱硫脱硝副产物还可进行资源化 业清洁运输比例不低于80%，而就实际情况来看， 利用，在环保的同时还能产生经济效益，可谓是一 由于部分物料属于短途运输，建设时并未规划铁 举两得.该技术的主要工艺流程为烟气进入系统 路运输，因此，多数企业清洁运输比例甚至达不到 后首先与臭氧发生器产生的臭氧充分混合，对一 50%.另外，从新能源汽车使用的角度来看，新能 氧化氮进行充分氧化后进人吸收塔与镁基脱硫剂 源汽车载重较低，续航里程较短，充电时间长，在 混合进行同时脱硫脱硝.其技术流程包括：制浆、 很大程度上难以满足企业的外部运输要求，所以 臭氧制备、氧化和吸收几部分 钢铁行业在清洁运输方面还面临很大的挑战⑧ 针对该技术，北京科技大学联合几家单位对 3 钢铁行业超低排放路线 该技术进行了1000m3h烟气量的中试2，中试 平台采用“引风机抽取空气源作为载流气体并与 钢铁行业中污染物排放主要集中在烧结烟 通过MFC(质量流量计)配比后的NO/SO2进行混 气、焦炉烟气等，此类烟气具有烟气量大，污染物 合→电加热→O3氧化→脱硫吸收塔→涡流除湿除 复杂，常规污染物含量较高等特点，传统技术中处 尘→排气筒”的工艺流程，如图1所示 理此类烟气的主要技术包括“半干法耦合SCR协 经过中试实验验证，该技术在稳定状态下脱 同脱硫脱硝技术”、“活性炭（焦）多污染物协同处 硫效率接近100%，脱硝效率也能达到90%以上， 理技术”、“氧化吸收同时脱硫脱硝技术”等，这些 并且此技术在脱硫及脱硝方面互不干扰，运行稳 技术经过较长时间的理论与实际考验，具有成熟 定，可以满足超低排放要求 的工艺，但随着技术的不断更新，与环保指标的不 3.1.2副产物资源化利用 断加严，在传统技术的基础上派生出一些新的超 “基于镁法的多污染物协同去除技术”的另一 低排放技术，如“基于镁法的多污染物协同去除技 大优势在于脱硫副产物的资源化利用方面，该技 术”、“烟气多污染物集并吸附脱除技术”、“多污 术的脱硫副产物为硫酸镁溶液，脱硫副产物经过 染物中低温协同催化净化技术”以及“烧结烟气循 过滤及去除杂质后溶液中所含硫酸镁的体积分数 环技术” 约为12%，因此，分离硫酸镁溶液中的硫酸镁产品 3.1基于镁法的多污染物协同去除与副产物资源 成为副产物资源化利用的关键 化技术 在硫酸镁溶液的分离过程中，主要的工艺为 基于镁法的多污染物协同去除技术实际上是氧 蒸发结晶.硫酸镁溶液的蒸发结晶工艺流程如图2
2.2 无组织排放难以管控 无组织排放管控在钢铁行业超低排放中占有 很高的比重，无组织排放污染物具有数量大，分布 广等特点，且不具有连续性，与有组织排放相比， 更难被发现及治理. 典型的无组织排放节点包括 料场扬尘、冶炼车间扬尘、物料车辆运输扬尘、物 料装卸扬尘等，以年产量 500 万吨的钢铁企业为 例，一年的粉尘无组织排放量约为 5000 t [6] ，远远大 于有组织排放的粉尘排放量，同时，与旧的标准相 比，超低排放标准对无组织排放管控有了新的定 义，对于新建企业来说，可以根据超低排放要求对 相应无组织排放点位进行同步配套，而大部分钢 铁企业为旧厂的环保改造工程，在正常生产的情 况下进行技术改造的难度较大. 2.3 清洁运输环节基础薄弱 随着钢铁行业超低排放的不断深入，在有组 织排放、无组织排放等方面实施效果十分显著，但 在清洁运输方面，我国钢铁行业仍存在许多不足 之处. 据统计，2019 年钢铁行业外部运输中，公路 运输占比 50% 以上[7] . 根据超低排放要求，钢铁企 业清洁运输比例不低于 80%，而就实际情况来看， 由于部分物料属于短途运输，建设时并未规划铁 路运输，因此，多数企业清洁运输比例甚至达不到 50%. 另外，从新能源汽车使用的角度来看，新能 源汽车载重较低，续航里程较短，充电时间长，在 很大程度上难以满足企业的外部运输要求，所以 钢铁行业在清洁运输方面还面临很大的挑战[8] . 3 钢铁行业超低排放路线 钢铁行业中污染物排放主要集中在烧结烟 气、焦炉烟气等，此类烟气具有烟气量大，污染物 复杂，常规污染物含量较高等特点，传统技术中处 理此类烟气的主要技术包括“半干法耦合 SCR 协 同脱硫脱硝技术”、“活性炭（焦）多污染物协同处 理技术”、“氧化吸收同时脱硫脱硝技术”等，这些 技术经过较长时间的理论与实际考验，具有成熟 的工艺，但随着技术的不断更新，与环保指标的不 断加严，在传统技术的基础上派生出一些新的超 低排放技术，如“基于镁法的多污染物协同去除技 术”、“烟气多污染物集并吸附脱除技术”、“多污 染物中低温协同催化净化技术”以及“烧结烟气循 环技术”. 3.1 基于镁法的多污染物协同去除与副产物资源 化技术 基于镁法的多污染物协同去除技术实际上是氧 化吸收同时脱硫脱硝技术的一种，氧化吸收同时 脱硫脱硝技术，就是先将烟气中难溶于水的 NO 氧 化为易溶于水的高价氮氧化物，在经过强碱对 SO2 及 NOx 同步吸收脱除，达到同时脱硫脱硝的目的. 臭氧氧化协同脱硫脱硝技术基本原理是：首 先通过臭氧发生器制备 O3 作为强氧化剂，然后将 其喷入脱硫塔前段烟道，利用其强氧化性将 NO 氧 化为高价的 NOx，最后 NOx 与 SO2 在脱硫塔内被 吸收转化为硫酸盐和硝酸盐[9] . 该技术特点为： O3 与 NO 的反应迅速 ，瞬间就能 将 NO 氧 化 成 NO2；O3 与烟气的均匀混合可以提高 NO 脱除率； 脱硫塔温度升高会导致 NO 脱除率的降低；脱硫效 率高且不会产生二次污染[10] ；副产物主要由 CaSO4、 CaSO3、Ca(NO3 )2 和 Ca(NO2 )2 组成，可作水泥企业 生产原料使用，具有一定经济效益[11] . 3.1.1 基于镁法的多污染物协同去除技术 “基于镁法的多污染物协同去除技术”作为一 种“湿式氧化吸收同时脱硫脱硝技术”，其优势在 于可以通过臭氧氧化对二氧化硫和一氧化碳进行 同时脱除，其中脱硫脱硝副产物还可进行资源化 利用，在环保的同时还能产生经济效益，可谓是一 举两得. 该技术的主要工艺流程为烟气进入系统 后首先与臭氧发生器产生的臭氧充分混合，对一 氧化氮进行充分氧化后进入吸收塔与镁基脱硫剂 混合进行同时脱硫脱硝. 其技术流程包括：制浆、 臭氧制备、氧化和吸收几部分. 针对该技术，北京科技大学联合几家单位对 该技术进行了 1000 m 3 ·h−1 烟气量的中试[12] ，中试 平台采用“引风机抽取空气源作为载流气体并与 通过 MFC（质量流量计）配比后的 NO/SO2 进行混 合→电加热→O3 氧化→脱硫吸收塔→涡流除湿除 尘→排气筒”的工艺流程，如图 1 所示. 经过中试实验验证，该技术在稳定状态下脱 硫效率接近 100%，脱硝效率也能达到 90% 以上， 并且此技术在脱硫及脱硝方面互不干扰，运行稳 定，可以满足超低排放要求. 3.1.2 副产物资源化利用 “基于镁法的多污染物协同去除技术”的另一 大优势在于脱硫副产物的资源化利用方面，该技 术的脱硫副产物为硫酸镁溶液，脱硫副产物经过 过滤及去除杂质后溶液中所含硫酸镁的体积分数 约为 12%，因此，分离硫酸镁溶液中的硫酸镁产品 成为副产物资源化利用的关键. 在硫酸镁溶液的分离过程中，主要的工艺为 蒸发结晶. 硫酸镁溶液的蒸发结晶工艺流程如图 2 邢 奕等： 中国钢铁行业超低排放之路 · 3 ·
工程科学学报，第43卷.第1期 Ozone detector Flue gas analyzer 02 好 Ozone generator 0@ Exhaust NO 00 MFC MFC S02 0 0 Heater Reacto MFC MFC Absorption Air Blower Flue gas chamber analyzer 图11000mh烟气量中试平台工艺流程图 Fig.1 Process flow chart of a 1000 m3.h smoke volume pilot test platform 所示，硫酸镁溶液经预热器预热后进入蒸发器进 回蒸发器继续蒸发浓缩，分离出的结晶体送人干 行蒸发浓缩，浓缩至饱和溶液.硫酸镁饱和溶液由 燥器，经干燥脱水制备得到七水硫酸镁产品.蒸发 料浆泵输送至结品器，在结晶器内降温结晶形成 结晶所得到的七水硫酸镁可以应用于建材行业， 七水硫酸镁晶体.结晶溶液经离心分离后，母液返 形成副产物的资源化利用. Magnesium Purifying fluid Evaporative Cooling sulfate Centrifugal Mother liquor concentration supersaturated crystallization separation Magnesium sulfate heptahydrate crystals Dry Magnesium sulfate heptahydrate products 图2蒸发结品工艺流程图 Fig.2 Evaporative crystallization process flow chart 3.2烟气多污染物集并吸附脱除技术 应用于烧结烟气处理，在交叉流工艺中，活性炭 “烟气多污染物集并吸附脱除技术”是一种在 与烟气做垂直运动，这使得吸附塔烟气入口污染 “活性炭（焦）吸附多污染物协同处理技术”下衍生 物浓度高，因此活性炭吸附后饱和程度较高.而在 出的一种新型多污染物协同处理技术，传统的活 烟气出口一侧污染物经处理后浓度下降，活性炭 性炭（焦）吸附技术是公认最适用于钢铁烧结烟气 吸附后饱和程度较低.由于塔内污染物浓度分布 多污染物的协同处理技术，其技术原理在于利用 不均匀，活性炭的吸附能力没有得到完全发挥.而 活性炭（焦）的吸附、催化性质，吸附烟气中的 在逆流式工艺中活性炭由上而下、烟气由下而上 SO2、NOx、HF、重金属和二嗯英等污染物，随后 做相向运动，两者可以实现均匀接触，活性炭饱和 在活性炭（焦）中通入NH作为还原剂，使有害物 程度一致，因此逆流式工艺具有更好的动力学优 质转化为无害物质，最终实现多污染物的协同 势刀但是，活性炭（焦）吸附工艺虽然实现了多污 去除] 染物协同净化，却普遍存在占地面积大、投资成本 传统的活性炭（焦）吸附技术从烟气及活性炭 高、设备腐蚀、活性炭循环使用后吸附率降低、再 运动方向可分为交叉流与逆流两种.在国内太钢 生能耗高等问题 和日钢较早应用交叉流工艺，而河钢邯钢最 而“烟气多污染物集并吸附脱除技术”改变了 先将逆流式活性炭选择性催化还原工艺(CSCR) 原有活性炭吸附技术的炭基材料，选择了价格相
所示，硫酸镁溶液经预热器预热后进入蒸发器进 行蒸发浓缩，浓缩至饱和溶液. 硫酸镁饱和溶液由 料浆泵输送至结晶器，在结晶器内降温结晶形成 七水硫酸镁晶体. 结晶溶液经离心分离后，母液返 回蒸发器继续蒸发浓缩，分离出的结晶体送入干 燥器，经干燥脱水制备得到七水硫酸镁产品. 蒸发 结晶所得到的七水硫酸镁可以应用于建材行业， 形成副产物的资源化利用. Purifying fluid Mother liquor Dry Evaporative concentration Magnesium sulfate supersaturated Cooling crystallization Centrifugal separation Magnesium sulfate heptahydrate crystals Magnesium sulfate heptahydrate products 图 2 蒸发结晶工艺流程图 Fig.2 Evaporative crystallization process flow chart 3.2 烟气多污染物集并吸附脱除技术 “烟气多污染物集并吸附脱除技术”是一种在 “活性炭（焦）吸附多污染物协同处理技术”下衍生 出的一种新型多污染物协同处理技术，传统的活 性炭（焦）吸附技术是公认最适用于钢铁烧结烟气 多污染物的协同处理技术. 其技术原理在于利用 活性炭（焦 ）的吸附、催化性质 ，吸附烟气中的 SO2、NOx、HF、重金属和二噁英等污染物，随后 在活性炭（焦）中通入 NH3 作为还原剂，使有害物 质转化为无害物质，最终实现多污染物的协同 去除[13] . 传统的活性炭（焦）吸附技术从烟气及活性炭 运动方向可分为交叉流与逆流两种. 在国内太钢 和日钢较早应用交叉流工艺[14−15] ，而河钢邯钢最 先将逆流式活性炭选择性催化还原工艺（CSCR） 应用于烧结烟气处理[16] . 在交叉流工艺中，活性炭 与烟气做垂直运动，这使得吸附塔烟气入口污染 物浓度高，因此活性炭吸附后饱和程度较高. 而在 烟气出口一侧污染物经处理后浓度下降，活性炭 吸附后饱和程度较低. 由于塔内污染物浓度分布 不均匀，活性炭的吸附能力没有得到完全发挥. 而 在逆流式工艺中活性炭由上而下、烟气由下而上 做相向运动，两者可以实现均匀接触，活性炭饱和 程度一致，因此逆流式工艺具有更好的动力学优 势[17] . 但是，活性炭（焦）吸附工艺虽然实现了多污 染物协同净化，却普遍存在占地面积大、投资成本 高、设备腐蚀、活性炭循环使用后吸附率降低、再 生能耗高等问题. 而“烟气多污染物集并吸附脱除技术”改变了 原有活性炭吸附技术的炭基材料，选择了价格相 O2 NO Air Blower SO2 Ozone generator Ozone detector Heater Flue gas analyzer Reacto Absorption chamber MFC MFC MFC MFC Exhaust Flue gas analyzer 图 1 1000 m 3 ·h−1 烟气量中试平台工艺流程图 Fig.1 Process flow chart of a 1000 m 3 ·h−1 smoke volume pilot test platform · 4 · 工程科学学报，第 43 卷，第 1 期